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Université de droit, d'économie et des sciences - Aix-Marseille III (09/07/2004), Claude Amra ; Carole Deumie (Dir.)
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Lumière diffuse et microsphères multicouches : calculs et réalisations
Philippe Voarino1

Nous avons développé des codes de calcul basés sur la théorie de Mie, pour prédire la réponse angulaire et spectrale de microsphères revêtues d'empilements multicouches concentriques, diélectriques ou métalliques. L'influence des paramètres est tout d'abord analysée avec précision : effet de taille, effet du revêtement, tolérance sur le rayon... L'analogie avec les fonctions optiques classiques (antireflet, miroir, filtres, séparateurs...) a retenu notre attention, et l'on montre qu'elle existe jusqu'à des rayons de l'ordre de 3 Μm, valeur critique en dessous de laquelle les résonances prédominent. Une étude colorimétrique a également permis de quantifier nombre d'effets colorés spécifiques à ces sphères multicouches.
La deuxième partie de notre travail a consisté en la réalisation des micro-composants. Pour cela nous avons entièrement mis au point une technologie de pulvérisation par faisceau d'ions (IBS), pour fabriquer des couches minces optiques métalliques ou diélectriques. Pour revêtir les microsphères, nous les animons d'un mouvement aléatoire conféré par une membrane vibrante. Les résultats montrent que notre procédé fonctionne très correctement pour une fabrication en série, ouvrant ainsi la porte à des poudres optiques interférentielles. Ensuite le problème de la caractérisation est traité à l'aide d'un diffusomètre laser et d'un spectro-diffusomètre, pour tenter de mesurer une sphère isolée ou des collections de microsphères.
De façon générale, ce travail trouve des applications dans la couleur et cosmétique, la visualisation, la furtivité et les télécom, le biomédical...
1:  IF - Institut FRESNEL
électromagnétisme – théorie de Mie – diffusion lumineuse – couches minces optiques – multicouches – dépôt sous vide – pulvérisation par faisceau d'ions – microcomposants – colorimétrie

We have developed calculation code based on Mie theory, in order to predict the angular and spectral response of dielectric or metallic microspheres coated by concentrically multilayer stacks. First, we had analysed with precision the influence of parameters such as size effect, coating effect, radius tolerance... The analogy with classical optical functions (bloomed, mirror, filter, separator...) has retained our attention, and we have proved its validity up to radius near to 3 µm, critical value below which resonances prevail. Furthermore, a colour study allowed us to quantify many specific coloured effects for these multilayer spheres.
The second part of our work consisted in realising micro-components. So, we have entirely configured a sputtering technology by ions beam (I.B.S.), to make metallic and dielectric optical thin films. To coat microspheres, we actuated them with a random movement by vibrant membrane. Results proved that our process runs correctly for a serial fabrication, opening the way to interferential optical powders. Moreover, characterisation problem is treated thanks to laser diffusometer and spectro-diffusometer, to attempt to measure an isolated sphere or microspheres collections.
Generally speaking, this work finds applications in the colour and cosmetic, the visualisation, furtivity and telecommunication, the biomedical...
electromagnetism – Mie scattering theory – light scattering – thin films – optical interference coatings – vacuum deposition – Ion Beam Sputtering – micro-components – colorimetry

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